Flávia Almeida Lira
Graduada em Engenharia Ambiental e Urbana pela Universidade Federal do ABC (UFABC) – Santo André (SP), Brasil.
Andréa de Oliveira Cardoso
Doutora em Meteorologia pela Universidade de São Paulo (USP). Professora do Centro de Engenharia, Modelagem e Ciências Sociais Aplicadas (CECS) da UFABC – Santo André (SP), Brasil.
Endereço para correspondência: Andrea Cardoso – Avenida dos Estados, 5.001, CECS, Bloco A, Torre 1, Sala 608 – Santa Terezinha – CEP 09210-580 – Santo André (SP), Brasil – E-mail: flalira@gmail.com Recebido em: 10/07/2017 Aceito em: 03/05/2018
RESUMO
A análise de tendências de vazões pode auxiliar no planejamento hídrico e na compreensão do comportamento hidrológico. Este estudo objetivou analisar tendências de vazões em bacias hidrográficas brasileiras, utilizando o método de Mann-Kendall. Avaliaram-se tendências trimestrais e anuais de 16 postos fluviométricos distribuídos nas principais bacias. Os resultados apontam tendências positivas nas vazões anuais de 75% dos postos da Região Sul do Brasil e na faixa sul do Sudeste; e tendências negativas anuais de 50% dos postos na faixa norte do Sudeste e no Nordeste e Norte do país. Resultados semelhantes foram observados nas vazões trimestrais. Observou-se ainda tendência de intensificação dos extremos, principalmente no Sul e no Nordeste, o que pode intensificar ou gerar conflitos no uso da água ou aumentar a ocorrência de cheias, inundações e estiagens. Variabilidades climáticas e ações antrópicas são fatores que podem ter contribuído para as tendências observadas.
Palavras-chave: Mann-Kendall; Sen; rios; variações.
ABSTRACT
The analysis of river flow trends can help in water planning and in understanding the hydrological behavior. This study aims to analyse flow trends in Brazilian river basins, using the Mann-Kendall method. 16 fluviometric stations, spread over the main Brazilian basins, were analysed. The results show that positive annual trends were observed in the flow of 75% of the fluviometric stations in the South of Brazil and in the South portion of the Southeast; and negative annual trends in 50% of the stations in the North portion of the Southeast, Northeast and North of the country. Similar results were detected at the quarterly flow rates. It was also observed a tendency to intensify the extremes, mainly in the South and Northeast of Brazil, which can generate or worsen conflicts in the use of water or increase the occurrence of floods or droughts. Climate variability and human actions are factors that may have contributed to the changes observed in the river flows.
Keywords: Mann-Kendall; Sen; river; variability.
DAS PRINCIPAIS BACIAS HIDROGRÁFICAS BRASILEIRAS
INTRODUÇÃO
Devido às dimensões continentais do Brasil e às suas condições fisiográficas e climáticas, as chuvas e, conse-quentemente, a vazão dos rios são irregularmente dis- tribuídas ao longo das regiões hidrográficas. Essa con-dição torna complexo o planejamento hídrico, visto que a população brasileira está distribuída desigualmente pelo território e o país desempenha diversas ativida-des socioeconômicas que demandam água. Um bom exemplo disso é que enquanto a Região Hidrográfica da Amazônia detém 73,7% dos recursos hídricos super-ficiais do país e concentra apenas 5,1% da população brasileira, a Região Hidrográfica do Paraná possui ape-nas 6,0% dos recursos hídricos superficiais, concentra 32% da população brasileira e é destaque nacional na retirada e no consumo de água (ANA, 2013). Algumas regiões do Brasil apresentam variações no re-gime de precipitação, em termos do comportamento das estações chuvosa e seca, conforme mostrado no estudo de Rao et al. (2016), ao analisarem um perío-do mais recente de precipitação (1979–2011). Sobre a Amazônia, a estação seca apresenta maior variação anual e há tendência de aumento na precipitação na faixa norte. Na faixa oeste do Nordeste há aumento da precipitação. No sudeste do Brasil verifica-se signifi-cativa diminuição das chuvas nas estações chuvosa e seca, que também foi observada na vazão de rios de São Paulo e Minas Gerais.
A Política Nacional de Recursos Hídricos (Lei nº 9.433, de 8 de janeiro de 1997) institui que a gestão dos re-cursos hídricos deve sempre proporcionar o uso múl- tiplo das águas, no entanto a distribuição não unifor-me de água nas regiões hidrográficas brasileiras e a concentração da população em áreas urbanas geram demanda excessiva por água que supera a disponibi-lidade. Essa necessidade acarreta problemas de es-cassez, tornando necessária a busca por mananciais superficiais, cada vez mais distantes, como também a exploração de mananciais subterrâneos, para suprir a demanda básica.
Somado a essa condição já preocupante, Marengo, To-masella e Nobre (2010) apontam que não há um qua-dro claro sobre os possíveis impactos da mudança do clima na distribuição espacial e temporal dos recursos hídricos no continente sul-americano. No entanto, des-tacam que há evidências científicas que apontam para
o sério risco das mudanças climáticas nos recursos hí-dricos do Brasil, que, acompanhadas de crescente po-pulação, urbanização, industrialização e mudanças no uso da terra, podem gerar consequências significativas nas atividades relativas ao uso da água.
A vazão de cursos d’água é uma das principais variáveis para avaliar a disponibilidade hídrica e, atualmente, tem sido intensamente estudada, visto que pequenas flutuações geram significativos impactos sociais e eco-nômicos (COSTA; ALVES, 2011). Nas últimas décadas, mudanças no clima e no uso e na ocupação do solo em bacias hidrográficas têm provocado impactos significa- tivos sobre o escoamento, gerando efeito no compor-tamento das enchentes, nas vazões mínimas e médias (TUCCI, 2002).
O relatório do Painel Intergovernamental sobre Mu-danças Climáticas (IPCC) alerta que é provável (pro- babilidade de 60 a 100%) que a frequência e a inten-sidade de grandes eventos de precipitação tenham aumentado na América do Norte e na Europa. O estu-do mostra ainda que a falta de daaumentado na América do Norte e na Europa. O estu-dos de longo prazo dificulta a associação de mudanças climáticas causadas pelo homem com a magnitude de enchentes, no en-tanto a detecção recente de tendências crescentes em precipitações extremas e vazões em algumas bacias hidrográficas implica maiores riscos de inundações em escala regional (IPCC, 2014).
Segundo Joseph, Falcon e Sharif (2013), a identificação de tendências anuais e sazonais na vazão dos cursos d’água regionais contribui para o entendimento das mudanças climáticas e é essencial para o desenvolvi-mento de modelos hidrológicos, a previsão hidrológi-ca e o planejamento dos recursos hídricos. No Brasil, o estudo sobre variáveis hidrológicas tem importân-cia estratégica na geração de energia, visto que dos 160,5 GW de capacidade instalada de geração de energia elétrica, 98,7 GW provêm de energia hidráu- lica (ANEEL, 2017). A predominância da hidroeletrici- dade no Brasil revela que a matriz energética depen-de do padrão dade no Brasil revela que a matriz energética depen-de chuvas e da gestão dade no Brasil revela que a matriz energética depen-de reservatórios de água, de forma que a existência de períodos secos pode comprometer a habilidade do setor em aten-der à demanda por eletricidade, tal como ocorreu em 2001 com o racionamento de energia (SILVA; MARCHI NETO; SEIFERT, 2016).
Em condições de disponibilidade hídrica favorável é estratégico utilizar a fonte hidráulica, por possuir o menor custo de geração de energia, dentre as op-ções renováveis (SILVA; MARCHI NETO; SEIFERT, 2016). No entanto, o Brasil prevê um aumento de 3,7% no consumo de energia por ano até 2026 (BRASIL, 2017), que, associado à vulnerabilidade do setor a variáveis climáticas, pode indicar a necessidade de uma maior diversificação da matriz de energia.
Queiroz et al. (2016) realizaram um estudo analisando o possível impacto das mudanças climáticas no forne-cimento de energia elétrica no Brasil e concluíram que, nas novas usinas hidrelétricas planejadas, o efeito das mudanças climáticas fará com que a geração total de energia seja cerca de 28% menor do que o planejado. Esse resultado indica impactos nos projetos de futuras hidrelétricas e, consequentemente seu retorno finan-ceiro, além de alertar para possíveis impactos no abas-tecimento de energia em uma matriz em que grande parte da produção é proveniente de hidrelétricas. Diversos estudos observacionais de tendência em va-zão de cursos d’água têm sido realizados em todo o território brasileiro. Groppo et al. (2001) analisaram a série histórica de vazão e precipitação na Bacia do Rio Piracicaba, dos anos de 1947 a 1996, e observaram que, apesar de terem sido detectadas tendências positivas na maioria dos postos de precipitação analisados, fo-ram verificadas diminuições significativas na vazão dos principais rios formadores do Rio Piracicaba (Atibaia e Jaguari). Os autores atribuem a tendência negativa na vazão à retirada de água da bacia para o abastecimento da Grande São Paulo.
Marengo e Alves (2005) realizaram um estudo apura-do em séries de vazões e precipitação na Bacia do Rio Paraíba do Sul, dos anos de 1930 a 2000, e observaram tendências decrescentes de vazão em quase todos os postos fluviométricos estudados, com exceção de um que não apresentou tendência significativa. As tendên-cias observadas não parecem estar associadas com as variações de chuva na bacia. Os autores concluíram que as tendências negativas podem indicar impacto humano na forma de gerenciamento dos recursos hí-dricos, geração de energia, esgotos lançados, irrigação e crescimento populacional.
Costa e Alves (2011) desenvolveram um estudo abran- gendo os postos do Operador Nacional do Sistema Elé-trico (ONS) para analisar tendências anuais em séries históricas de vazões, dos anos de 1931 a 2008. Os re-sultados indicaram tendências positivas nos postos das Regiões Sul, Sudeste e Centro-Oeste, e negativa na Re-gião Nordeste. Os autores concluem que algumas das causas nas tendências observadas podem ser devidas aos índices climáticos El Niño Oscilação Sul (ENOS) e oscilação decadal do Pacífico (ODP), bem como altera-ções no uso e na ocupação do solo.
Santana, Silva e Santos (2011) analisaram a tendência em séries de vazões na Bacia do Alto do Rio Grande, de 1931 a 2002, e observaram que 12,7% dos postos apre-sentaram tendência positiva nas vazões médias anuais e tendência negativa na Bacia do Rio das Mortes, entre os municípios de Barbacena e Antônio Carlos. Os auto-res acreditam que parte das tendências pode estar as-sociada a mudanças no regime de chuvas, porém mais estudos detalhados são necessários para determinar em qual proporção.
Na Região Nordeste, Penereiro e Orlando (2013) es-tudaram tendências em séries temporais anuais de dados climáticos e hidrológicos, dos anos de 1971 a 2012, na Bacia do Rio Parnaíba e concluíram que ape-nas 3 dos 18 postos analisados apresentaram ten-dências negativas de vazão, o que indica que não há evidências de alterações no regime de vazão da bacia, salvo em casos pontuais.
Uliana et al. (2015) estudaram a significância de ten-dências em séries temporais de vazões e precipitação mensal e anual, dos anos de 1939 a 2005, de duas es-tações localizadas no município de Alegre, no Estado do Espírito Santo, no qual observou-se tendência po-sitiva no mês de outubro a partir de 1963. Os autores acreditam que o aumento na vazão no mês de outu-bro pode ser consequência da mudança do regime de chuvas de agosto e setembro, porém alertam para a necessidade de mais estudos que levem em conside-ração a influência de fatores climáticos e antrópicos na vazão da região.
O teste de Mann-Kendall (MANN, 1945; KENDALL, 1975) é um dos mais usados na avaliação de tendên-cias em séries históricas naturais que se distanciam da distribuição normal e podem estar contaminadas com valores discrepantes, como é o caso de variáveis hidro-lógicas (HAMED, 2008). O propósito do teste é avaliar estatisticamente se há uma tendência monotônica,
ascendente ou descendente, dos dados de vazão em relação ao tempo. Uma tendência ascendente (descen-dente) indica que a vazão dos rios estudados aumen-ta (diminui) consistentemente em relação ao tempo (GILBERT, 1987).
Muitos estudos utilizaram o teste de Mann-Kendall para a detecção de tendências em séries hidrológi-cas, conforme os já citados de Groppo et al. (2005), Marengo e Alves (2005), Penereiro e Orlando (2013). Além disso, Marengo (1995) estudou tendências em variáveis hidrológicas, a partir de dados de diversos rios no Peru, no Brasil, na Argentina e na Venezuela, utilizando o teste de Mann-Kendall. Também utiliza-ram o método: Burn e Hag Elnur (2002), para detectar tendências em variáveis hidrológicas em uma rede de 248 rios no Canadá; Birsan et al. (2005), ao estudar a vazão em 48 bacias hidrográficas na Suíça; Hamed (2008), ao estudar dados anuais de vazão de 57 es-tações espalhadas pelo planeta; Lettenmaier, Wood e Wallis (1994), na porção continental dos Estados Uni-dos; Kahya e Kalayci (2004), na Turquia; Xu, Takeuchi e Ishidaira (2003), no Japão; Wang e Vrijling (2005), em rios no oeste da Europa; Wang, Ding e Jhun (2006), em Seul, na Coreia do Sul; Dixon, Lawler e Shamseldin (2006), no oeste da Grã-Bretanha; Zhang et al. (2006), Zheng et al. (2007) e Mu et al. (2007), nas bacias dos Rios Yellow e Yangtzé, bem como no Platô de Loess, na China; entre outros.
Além de identificar a tendência de uma série tempo-ral, é desejável estimar a sua magnitude. Uma forma de expressar essa magnitude é por meio da
inclina-ção da reta de tendência (HIRSCH; SLACK; SMITH, 1982). Outra forma de determinar a declividade é utilizando o método não paramétrico desenvolvido por Sen (1968).
Muitos estudos utilizam o teste de Mann-Kendall asso-ciado ao método de estimativa de Sen para a detecção de tendências e estimativa da inclinação, conforme os já citados realizados por Lettenmaier, Wood e Wallis (1994), Kahya e Kalayci (2004), Costa e Alves (2011); e também Zhai et al. (2005), na detecção de tendên- cias nas séries de precipitação de 740 estações chine-sas; Novotny e Stefan (2007), na análise de variáveis hidrológicas nos cinco principais rios de Minnesota nos Estados Unidos; Gemmer et al. (2008), na detecção de tendências nas séries de precipitação na Bacia do Rio Yangtzé, na China; e Gocic e Trajkovic (2013), na análise de sete variáveis meteorológicas na Sérvia.
Dados os indicativos das tendências de vazão sobre as bacias brasileiras, é importante conduzir estudos apro-fundados com séries atualizadas, que avaliem o com-portamento anual e sazonal, bem como as variações de extremos, o que pode contribuir para a compreensão das tendências observadas e para a relação com fato-res climáticos. Nesse contexto, o objetivo desta pes-quisa foi realizar uma análise de tendência nas séries de vazões de rios, em escala anual e sazonal, avaliando também a variação de extremos ao longo do tempo, visando a compreender as características de vazão em locais estratégicos, para geração de energia hidráulica, das principais bacias hidrográficas nacionais.
METODOLOGIA
O presente estudo foi realizado com base em séries históricas mensais de vazão obtidas no portal do ONS. Foram selecionados 84 anos de dados (1931 a 2014) de 16 postos fluviométricos, distribuídos em bacias hidro-gráficas brasileiras estratégicas para o aproveitamento energético. No Quadro 1, observam-se os postos flu-viométricos selecionados, bem como as regiões e ba-cias hidrográficas em que se encontram.
Para o desenvolvimento desta pesquisa, calcularam-se as médias trimestrais e anuais, sendo considerado que dezembro, janeiro e fevereiro (DJF) correspondem ao
verão; março, abril e maio (MAM), ao outono; junho, julho e agosto (JJA), ao inverno; e setembro, outubro e novembro (SON), à primavera. Foram utilizados três métodos para avaliar as caracte-rísticas de vazão dos rios selecionados: • Detecção de tendências através do método estatís-tico de Mann-Kendall; • Estimativa da magnitude da tendência pelo método de Sen; • Estudo da variação de limiares de vazão extrema.
Detecção de tendências de Mann-Kendall
Mann (1945) apresentou um teste não paramétrico que testa a aleatoriedade dos dados ao longo do tem-po e que constitui uma aplicação particular do teste de Kendall para correlação (KENDALL, 1975). O propósito do teste de detecção de tendência de Mann-Kendall é avaliar se há tendência monotônica ascendente ou descendente. Para isso, testa-se a hipótese nula (H0) de que os dados vêm de uma população na qual as va-riáveis aleatórias são independentes e identicamente distribuídas. A hipótese alternativa (Ha) é que os dados seguem uma tendência monotônica no tempo.Considerando uma série histórica X=x1,x2,x3...xn, o teste estatístico é dado pela Equação 1: S= n-1 n sgn(xj-xk) k=1 j=k+1
∑∑
(1) Em que: sgn(xj-xk)= 1 se x 0 se xjj-x-xkk>0 =0 -1 se xj-xk<0⎧
⎨
⎩
Sendo que xj e xk são observações obtidas nos tempos
j e k.
Kendall (1975) mostrou que S tende à normalidade e definiu a média (E[S]) e a variância de S (VAR[S]), para a situação na qual pode haver empates (observações iguais), como na Equação 2: E[S]=0 g p-1
∑
VAR[S]= n(n-1)(2n+5)- t1
p(tp-1)(2tp+5) 18— (2)g: número de grupos empatados (com valores iguais); tp: número de observações no p-ésimo grupo.
Portanto, a estatística S é a contagem do número de vezes que Xj ultrapassou Xk, para j>k, mais que Xk ultra-passou Xj. Uma estatística relacionada a S é o π (Ken-dall’s tau), que pode ser definido na Equação 3:
τ=— D
S
(3)Quadro 1 – Bacias e postos fluviométricos estudados, pertencentes à Região Hidrográfica destacada.
Região Hidrográfica Bacia Posto fluviométrico
Atlântico Sul Rio Jacuí Ernestina
Uruguai Rio Uruguai Barra Grande
Paraná
Rio Iguaçu G. B. Munhoz
Rio Paraná Porto Primavera
Rio Paranapanema Jurumirim
Rio Tietê Barra Bonita
Rio Grande Camargos
Rio Doce Salto Grande
Rio Paranaíba Emborcação
Atlântico Sudeste Rio Paraíba do Sul Paraibuna
São Francisco Rio São Francisco Três MariasXingó
Sobradinho
Tocantins/Araguaia Rio Tocantins Serra da MesaTucuruí
Em que: j=1
∑
n(n-1)- ptj(tj-1) n(n-1) D=⎡
⎢
⎣
⎡
⎣
⎤
⎦
⎤
⎥
⎦
⎛
⎜
⎝
⎞
⎟
⎠
1
1
1
1
2 2 2 2 — — — 1 2 — —Assim como S, se τ for positivo (negativo), indica que há tendência ascendente (descendente).
A probabilidade (p-valor) de x se encontrar entre dois pontos Zi e Zr em uma distribuição normal pode ser cal-culada pela Equação 4: Zr Zl P(Zl<x<Zr)= e- dx 2π 2σ2 √•
⌠
⌡
1
(x-μ)
2 σ ——— ———— (4) Em que:μ
= média; σ = desvio padrão;Zl = valor da variável normal padrão à esquerda;
Zr = valor da variável normal padrão à direita.
Ao calcular o valor p, estamos testando a probabilidade de a hipótese nula (H0 ) ser verdadeira. O nível de sig-nificância escolhido neste trabalho foi de α = 0,05, isto é, para que a hipótese nula (H0) seja rejeitada, o valor p deve ser menor ou igual a α. Isso significa que, para um valor p menor ou igual a 0,05, pode-se afirmar com 95% de confiança que há tendência.
Método de estimativa da inclinação de Sen
Em 1968, Sen desenvolveu um método não paramétrico para estimar a inclinação da reta de tendência, baseado na correlação de Kendall. O método de Sen é uma exten-são do método de Theil (1950 apud GILBERT, 1987), não é muito afetado por erros grosseiros ou por observações atípicas (outliers) e pode ser calculado com dados faltan-tes. Sendo um modelo linear f(t) descrito pela Equação 5:f(t)=Qt+B (5) Em que: Q = inclinação; B = constante. Calculam-se as inclinações para cada par de dados (Qi) (SEN, 1968) (Equação 6): Qi=———— (6)
x
j-kj-x
k Em que: i = par de dados, i = 1,2,...n; xj e xk = medições obtidas nos tempos j e k, sendo j > k.Se há n dados xj na série temporal, então o número de estimativas de inclinação (N) será (Equação 7): N= (3.12) 2
n(n-1)
———— (7) A inclinação (Q), segundo o método de Sen, pode ser esti-mada como a mediana dos N valores de Qi. Os valores deQi são ordenados em ordem crescente e a inclinação de Sen é dada pela Equação 8 (DRÁPELA; DRÁPELOVÁ, 2011):
⎛
⎝
⎞
⎠
Q= +⎧
⎨
⎩
—1
2Q
n+1 2 ——Q
n+2 2 ——Q
n 2 — se N for ímpar se N for par (8)Variação dos limiares de vazão extrema
Foram também investigadas variações nos limiares de vazões relacionadas a vazões muito baixas e muito altas da série. Sendo X uma variável aleatória de vazão, com uma fun-ção de distribuição F(X) definida pela Equação 9:F(X)=P[X>x] (9)
Adaptando as definições de Pinkayan (1966) para va-zões, uma vazão é considerada:
• Muito baixa se X ≤ 0,15; • Baixa se 0,15 < X ≤ 0,35
• Normal se 0,35 < X ≤ 0,65; • Alta se 0,65 < X ≤ 0,85; • Muito alta se 0,85 < X.
Neste trabalho, analisaram-se os limiares de vazões extremas muito baixas e muito altas. Para a realização desta análise, o conjunto foi dividido em três períodos: 1931–1954, 1955–1984 e 1985–2014, para efeito de comparação entre os períodos observados.
RESULTADOS E DISCUSSÕES
Utilizando-se os métodos de Mann-Kendall e Sen, fo-ram obtidos os resultados da análise de tendência para as estações estudadas (Tabela 1). As tendências signi-ficativas positivas foram destacadas na Tabela 1, com a cor azul escura, enquanto as tendências negativas fo-ram destacadas com a cor azul-claro. A magnitude das tendências (Q), obtidas pelo método de Sen, também pode ser observada na Tabela 1 e representa o acrésci-mo ou o decrésciacrésci-mo do valor de vazão durante todo o período estudado em m3/s.Na Tabela 2 observam-se os resultados obtidos na análise de variação dos limiares de vazões extremas nos três períodos analisados (1931–1954, 1955–1984 e 1985–2014). O sinal positivo (+) representa aumen-to das vazões ao longo dos três períodos estudados, enquanto o sinal negativo (-) configura diminuição e o zero (0) simboliza nenhum aumento ou diminuição sistemática. Os sinais destacados com a cor azul-escu-ro (clasistemática. Os sinais destacados com a cor azul-escu-ro) foram aqueles que concordaram com as ten-dências ascendentes (descendentes) de Mann-Kendall observadas nas vazões médias.
Os postos de medição Barra Grande (Rio Uruguai), Ernestina (Rio Jacuí) e G. B. Munhoz (Rio Iguaçu), lo-calizados na Região Sul do país, apresentaram ten-dências positivas nas médias anuais e no inverno. Observou-se também aumento das vazões muito altas para os três postos no verão e na primavera, sendo que Barra Grande e Ernestina também apresentaram aumento das vazões muito baixas. Já no outono ape-nas G. B. Munhoz apresentou aumento das vazões muito altas e muito baixas.
Costa e Alves (2011) encontraram o resultado seme-lhante em seu trabalho de análise de tendências nas estações da ONS, para as vazões anuais médias da Região Sul do país. Guetter e Prates (2002), que estu-daram a presença de degraus climáticos nas séries de vazões médias de algumas bacias brasileiras, obser-varam que em algumas bacias do Sul do país houve
crescimento significativo entre as vazões dos períodos de 1941–1971 e de 1972–2000. Para a estação G. B. Munhoz, Guetter e Prates (2002) encontraram taxa de variação de +23%, em escala anual, comparando as va-zões dos dois períodos.
Na Região Sudeste do Brasil, encontram-se as esta-ções Jurumirim (Rio Paranapanema), Barra Bonita (Rio Tietê), Paraibuna (Rio Paraíba do Sul), Camargos (Rio Grande), Salto Grande (Rio Doce) e Três Marias (Rio São Francisco). Entre o Sudeste e o Centro-Oeste, encontram-se Porto Primavera (Rio Paraná) e Embor-cação (Rio Paranaíba). Ao sul da Região Sudeste, Porto Primavera e Jurumirim apresentaram tendências posi-tivas nas vazões médias anuais e em todas as estações do ano (Tabela 1). Além disso, ambas apresentaram aumento das vazões muito baixas no verão, no inver-no e na primavera, e aumento das vazões muito altas no inverno, conforme se pode observar na Tabela 2. Na Figura 1 encontram-se as análises de Mann-Kendall e Sen para Porto Primavera, que destaca as tendências positivas observadas em todas as estações.
Costa e Alves (2011) observaram tendências de mesmo sinal no Sudeste e Centro-Oeste do país para as vazões anuais. Guetter e Prates (2002) observaram aumento das vazões do período de 1941–1971, quando compa- rado a 1972–2000 para os Rios Paranapanema e Para-ná nas médias anuais e trimestrais, nos dois postos que estudaram para cada um dos rios. Groppo et al. (2005) também encontraram tendências positivas nas vazões médias do Rio Paranapanema.
Os aumentos nas vazões médias do Sul e parte sul do Sudeste podem ter como principal causa dois fatores: o desmatamento e as variabilidades climáticas. Tucci e Clarke (1997) estudaram o impacto do uso do solo nas vazões médias de diversas bacias e constataram que a literatura apresenta vários artigos de bacias experimen-tais demonstrando que o desmatamento para culturas anuais, processo comum no Brasil, produz aumento do
Tabela 1 – Resultados obtidos das análises de Mann-Kendall e Sen para as 16 estações fluviométricas.
Região
hidrográfica Bacia fluviométricoPosto
Anual DJF MAM JJA SON
Tau
(τ) Valor p (m³/s)Q Tau (τ) Valor p (m³/s)Q Tau (τ) Valor p (m³/s)Q Tau (τ) Valor p (m³/s)Q Tau (τ) Valor p (m³/s)Q
Atlântico Sul Rio Jacuí Ernestina 0,279 0,000 19,4 0,205 0,006 11,4 0,097 0,198 - 0,196 0,009 19,3 0,251 0,001 27,1 Uruguai Rio Uruguai Barra Grande 0,238 0,001 121,6 0,211 0,005 99,6 0,109 0,144 - 0,161 0,031 131,4 0,156 0,036 115,5
Paraná
Rio Iguaçu G.B. Munhoz 0,208 0,005 240,1 0,137 0,065 - 0,096 0,200 - 0,179 0,016 374,3 0,139 0,061 -Rio Paraná PrimaveraPorto 0,298 0,000 2069,1 0,193 0,009 2542,1 0,185 0,013 1950,4 0,333 0,000 1623,4 0,269 0,000 1182,8
Rio
Paranapanema Jurumirim 0,301 0,000 101,1 0,210 0,005 128,5 0,197 0,008 73,5 0,299 0,000 80,8 0,240 0,001 67,3 Rio Tietê Barra Bonita 0,187 0,012 114,3 0,131 0,079 - 0,059 0,428 - 0,226 0,002 81,9 0,203 0,006 89,6 Rio Grande Camargos -0,105 0,159 - -0,060 0,422 - -0,114 0,126 - -0,156 0,038 -10,5 -0,178 0,018 -19,9 Rio Doce Salto Grande -0,190 0,011 -40,8 -0,125 0,094 - -0,185 0,013 -49,7 -0,295 0,000 -36,9 -0,154 0,038 -27,7 Rio Paranaíba Emborcação -0,064 0,389 - -0,020 0,793 - -0,114 0,124 - -0,121 0,103 - -0,108 0,147 -Atlântico Sudeste Rio Paraíba do Sul Paraibuna 0,004 0,960 - 0,004 0,957 - -0,073 0,328 - 0,014 0,853 - 0,026 0,728 -São Francisco Rio São Francisco Três Marias -0,051 0,492 - -0,021 0,781 - -0,033 0,660 - -0,064 0,391 - -0,153 0,039 -Xingó -0,211 0,004 -711,3 -0,128 0,085 - -0,175 0,019 -1287,0 -0,281 0,000 -495,1 -0,157 0,035 -292,7 Sobradinho -0,281 0,003 -726,0 -0,147 0,049 -921,4 -0,170 0,022 -1187,5 -0,306 0,000 -498,0 -0,200 0,007 -374,9 Tocantins/ Araguaia Rio Tocantins Serra da Mesa -0,130 0,081 - -0,086 0,250 - -0,125 0,093 - 0,024 0,746 - -0,199 0,008 -132,5 Tucuruí 0,021 0,778 - -0,053 0,475 - 0,101 0,176 - -0,209 0,005 -1099,9 -0,132 0,076 -582,5 Parnaíba Rio Parnaíba EsperançaBoa -0,162 0,029 -58,9 -0,269 0,000 -172,4 -0,106 0,155 - 0,188 0,012 33,5 -0,193 0,010 -53,4
escoamento médio. Destacam, ainda, que essa alteração pode ser importante dependendo da cobertura anterior, das condições climáticas e do solo. Tucci e Clarke (1997) salientam que os resultados do desmatamento ainda são inconclusivos para grandes e médias bacias hidrográficas, porém, nas pequenas bacias, o aumento do escoamento é resultado da redução da evapotranspiração. À medida que escoa para jusante, o fluxo adicional é retido, criando oportunidade para evaporação, e o efeito do aumento do escoamento é reduzido. No entanto, se o sistema de dre-nagem comporta o aumento do escoamento, a tendência é o escoamento também aumentar nas bacias maiores. A Região Hidrográfica do Uruguai encontra-se intensa-mente desmatada, com apenas alguns fragmentos de vegetação original. A Bacia do Rio Uruguai apresentou significativas mudanças no uso do solo depois dos anos 1950 e mais recentemente depois dos anos 1970, com o aumento das culturas de soja. O mesmo ocorreu no norte do Estado do Paraná, onde houve forte
incre-mento de culturas anuais como a soja, milho e trigo (ANA, 2015; TUCCI, 2002). Portanto, é possível que par-te do aumento nas vazões médias seja decorren(ANA, 2015; TUCCI, 2002). Portanto, é possível que par-te do intenso desmatamento nas regiões.
No entanto, Tucci (2002) destacou que a anomalia da diferença de pressão entre Tahiti e Darwin no Oceano Pacífico, com valores negativos ou com tendência de-crescente, desde parte da década de 1970 até 2001, coincidiu com valores acima da média nas vazões ob-servadas nos Rios Paraguai, Uruguai e Paraná. Valores negativos na anomalia de pressão do Pacífico indicam tendência de temperaturas do mar mais altas, de for-ma que há maior evaporação do mar e maior umidade na atmosfera, potencializando elevada quantidade de precipitação. Costa e Alves (2011) citam também que, após a metade da década de 1970, os períodos de El Niño passaram a ser mais intensos que os períodos de La Niña e explicam que houve mudança de fase na ODP, que passou a ser positiva.
Tabela 2 – Sinal de variação dos limiares de vazões extremas nos três períodos analisados (1931–1954, 1955–1984 e 1985–2014).
Região
Hidrográfica Bacia fluviométricoPosto
DJF MAM JJA SON
15% 85% 15% 85% 15% 85% 15% 85%
Atlântico Sul Rio Jacuí Ernestina + + 0 0 0 + + +
Uruguai Rio Uruguai Barra Grande + + 0 0 + 0 + +
Paraná
Rio Iguaçu G.B. Munhoz 0 + + + + + 0 +
Rio Paraná Porto Primavera + 0 + 0 + + + 0
Rio Paranapanema Jurumirim + 0 0 + + + + 0
Rio Tietê Barra Bonita 0 0 0 0 + + + 0
Rio Grande Camargos 0 0 0 0 - 0 0
-Rio Doce Salto Grande - 0 0 - - - - 0
Rio Paranaíba Emborcação 0 0 0 - - 0 0 0
Atlântico Sudeste Rio Paraíba do Sul Paraibuna 0 0 0 0 0 0 0 0
São Francisco Rio São Francisco Três MariasXingó 00 00 0- 0- -- 0- 00 00
Sobradinho 0 0 - 0 - 0 0 0
Tocantins/
Araguaia Rio Tocantins Serra da MesaTucuruí 00 -- 0- 0- 0- 0- 0- -
-Parnaíba Rio Parnaíba Boa Esperança - 0 0 0 0 0 0 0
Os postos Emborcação e Paraibuna não apresentaram quaisquer tendências no período estudado, enquanto Barra Bonita apresentou tendências positivas nas mé-dias anuais, no inverno e no outono. Tucci (2002) que estudou o aumento de vazão entre os períodos ante- riores e posteriores a 1970, no Rio Tietê, observou au-mento menor de vazão, quando comparado a outras sub-bacias do Rio Paraná.
O autor destaca que esse resultado era esperado, já que o desmatamento no Estado de São Paulo ocorreu muito antes da década de 1970 e, portanto, é de se esperar que as vazões analisadas reflitam apenas a va-riabilidade climática.
Marengo e Alves (2005) observaram, em seu estudo de vazão na Bacia do Rio Paraíba do Sul, que boa parte dos postos estudados apresenta tendência descendente significativa. No entanto, no próprio estudo de Marengo e Alves (2005), um dos postos fluviométricos não apresentou tendência signifi-cativa, conforme o que foi observado no posto de Paraibuna, no presente estudo. Isso significa que, apesar de a bacia como um todo apresentar tendên-cias negativas, alguns postos fluviométricos podem
não apresentar tendência. Além disso, o estudo de Marengo e Alves (2005) considerou um registro de dados até o ano de 2000, o que pode gerar resul-tados diferentes dos observados neste estudo, que considera dados até 2014.
Ao norte da Região Sudeste, Salto Grande, Camargos e Três Marias apresentaram tendências negativas similares apenas na primavera. Essa diminuição de vazão não é observada nos limares de vazões muito altas e muito baixas na primavera, visto que apenas Salto Grande apresenta diminuição nos limiares de vazões muito baixas e apenas Camargos apresenta diminuição nas vazões muito altas, ou seja, redução dos valores de vazão que podem amenizar as cheias. Salto Grande também apresenta tendências negativas nas vazões médias no outono e no inverno, sendo que no inverno também apresenta diminuição das vazões extremas, período sazonal em que a vazão já é mais baixa. Na Bacia dos Rios Tocantins, Serra da Mesa e Tucuruí apresentaram tendências negativas similares apenas na primavera. Ambos os postos também apresentam diminuição dos limiares de vazões muito altas, na mesma estação do ano. Tucuruí apresentou ainda vazões médias e extremas decrescentes no inverno.
Q(m3/S) = 30,62794 × ano + 9354,034 Q(m3/S) = 23,49821 × ano + 7909,349 Q(m3/S) = 19,55903 × ano + 3778,792 Q(m3/S) = 24,92857 × ano + 6162,286 Q(m3/S) = 14,25007 × ano + 3731,372 5.000 10.000 15.000 20.000 DJF Vazão média (m 3/s) Anos 4.000 8.000 12.000 16.000 MAM Vazão média (m 3 /s) Anos 4.000 6.000 8.000 10.000 4.000 6.000 8.000 10.000 JJA Vazão média (m 3/s) Anos SON Vazão média (m 3 /s) Anos 4.000 8.000 12.000 Anual Vazão média (m 3/s) 1940 1960 1980 2000 1940 1960 1980 2000 1940 1960 1980 2000 1940 1960 1980 2000 1940 1960 1980 2000 Anos DJF: verão; MAM: outono; JJA: inverno; SON: primavera.
Figura 1 – Análise de tendências trimestrais e anual,
Estudos de Lopes et al. (2016) indicaram tendência ne-gativa no padrão principal de eventos secos de vazão sobre a Bacia Amazônica, sendo esse o primeiro modo de seca sazonal fortemente relacionado com o ENOS, apresentando correlações opostas entre as faixas norte e sul da Amazônia, e, em anos de El Niño, a faixa sul, que se estende até proximidades da estação de Tucu-ruí, apresenta-se mais seca, opostamente à faixa norte da bacia. Esse sinal de tendência negativa corrobora as tendências negativas encontradas no presente estudo. No Nordeste, Xingó e Sobradinho, no Rio São Francisco, e Boa Esperança, no Rio Parnaíba, apresentaram ten- dências negativas similares nas vazões anuais e na pri-mavera. Em Xingó e Sobradinho há ainda diminuição das vazões médias e das vazões muito baixas do outono e in-verno. A mesma tendência decrescente nas vazões mé-dias da primavera, observada em Xingó e Sobradinho, foi verificada em Três Marias, que se encontra mais ao sul, no Alto São Francisco. As tendências descendentes no posto Sobradinho podem ser observadas na Figura 2. Costa e Alves (2011) também observaram pequena ten-dência de queda nas vazões médias anuais do Norte e do Nordeste do país. Marengo (2001) observou queda sistemática desde 1979 nas vazões do Rio São Francisco, para o posto Sobradinho. Segundo o autor, esse resul-tado não está associado a reduções de chuva na bacia coletora, mas sim ao uso de água na agricultura ou ao aproveitamento energético, entre outros. Em termos de variabilidade natural do clima, a ocorrência de episódios intensos de El Niño pode contribuir para a redução de chuvas na região em períodos cruciais para o aumento do escoamento superficial e recarga dos aquíferos. Marengo e Tomasella (1998) estudaram as vazões mé-dias do Rio São Francisco nos três meses do ano com maior vazão e constataram que o posto de Juazeiro apresentou tendência decrescente significativa, no en-tanto os autores destacam que a usina hidrelétrica de Sobradinho iniciou suas operações em 1979, que foi aproximadamente o período em que as vazões em Jua- zeiro apresentaram uma redução gradual, quando com-parada às vazões de Sobradinho. Silva e Molion (2003) destacaram, em seu trabalho sobre a Bacia do Rio São Francisco, que, embora o Lago de Sobradinho cumpra bem o seu papel de regularizador de vazão do rio, sua localização em uma região semiárida sob a influência dos ventos alísios de SE resulta em perda de água por evaporação, o que pode afetar as vazões a jusante do
reservatório. Os autores observaram na Estação Flu-viométrica de Pão de Açúcar, a jusante de Sobradinho, redução de 15% nas vazões médias observadas, quan-do comparadas às vazões redução de 15% nas vazões médias observadas, quan-dos períoredução de 15% nas vazões médias observadas, quan-dos de 1926–1973 e de 1980–1995. Marengo et al. (2011) citam que em alguns pontos do Nordeste as temperaturas médias do ar aumentaram em 0,5−0,6°C em 30 anos, e afirmam ainda que um provável aumento na evaporação como consequência do aumento da temperatura poderia é também uma das causas da queda das vazões nos rios. Penereiro e Orlando (2013), que analisaram as séries tem-porais de dados climáticos e hidrológicos na Bacia do Rio Parnaíba, observaram que apenas 3 das 18 estações es-tudadas apresentaram tendências negativas significativas nas séries de vazões anuais. Segundo os autores, isso indica que não há evidências de alterações nos índices de vazões, salvo em casos pontuais. No geral, Marengo (2008) afirmou que não foram observadas tendências sistemáticas em lon-go prazo na Amazônia, no Pantanal e no Nordeste, sendo mais relevantes variações interanuais e interdecadais asso-ciadas à variabilidade natural do clima, na mesma escala temporal de variabilidade de fenômenos interdecadais dos Oceanos Pacífico e Atlântico Tropical.
Pode-se observar ainda que, apesar de alguns postos flu-viométricos não apresentarem tendência nas vazões mé-dias de algumas estações do ano, observa-se aumento ou diminuição dos limiares de vazões extremas, o que indica que os extremos estão se intensificando. Esse resultado é preocupante, pois pode resultar em intensificação das consequências associadas a esses eventos. As diminuições de vazões muito baixas podem gerar ou agravar conflitos de uso da água, em especial no Nordeste, que apresenta baixa disponibilidade hídrica, em períodos de estiagens. Por outro lado, o aumento das vazões muito altas pode gerar cheias e inundações, o que tem sido recorrente no Sul do Brasil, principalmente em anos de El Niño.
Outra consequência associada à tendência de dimi-nuição de vazão no Norte e no Nordeste é a apontada por Queiroz et al. (2016) em seu estudo sobre os im-pactos das mudanças climáticas na geração de energia hidrelétrica. Os autores apontam que maior diminui-ção das chuvas na região norte tem impacto direto na energia assegurada do sistema interligado de energia brasileiro, visto que novos investimentos hidrelétricos planejados pela Empresa de Pesquisa Energética (EPE) preveem novas usinas nessa região (aumento na con-tribuição nacional de 10 para 23% até 2030).
Q(m3/S) = 11,10084 × ano + 4570,5 Q(m3/S) = 14,30691 × ano + 3787,742 Q(m3/S) = 6 × ano + 1506 Q(m3/S) = -8,746795 × ano + 2872,131 Q(m3/S) = -4,516402 × ano + 1431,455 2.000 4.000 6.000 2.000 4.000 6.000 8.000 1.000 1.500 2.000 2.500 1.000 1.500 2.000 2.500 DJF Vazão mé dia (m 3 /s) Anos MAM Vazão mé dia (m 3/s) Anos JJA Vazão mé dia (m 3 /s) Anos SON Vazão mé dia (m 3/s) Anos 2.000 3.000 4.000 5.000 Anual Vazão mé dia (m 3 /s) 1940 1960 1980 2000 1940 1960 1980 2000 1940 1960 1980 2000 1940 1960 1980 2000 1940 1960 1980 2000 Anos DJF: verão; MAM: outono; JJA: inverno; SON: primavera.
Figura 2 – Análise de tendências trimestrais e anual,
CONCLUSÃO
Por meio da análise de tendência pelo método de Mann-Kendall foi possível obter informações impor-tantes, que podem contribuir para o estudo do com-portamento das vazões em longo prazo, nas principais bacias hidrográficas brasileiras. Este estudo acrescen-tou a estudos anteriores o período mais atualizado de dados disponíveis da ONS (1931–2014) e pôde confir-mar alguns dos resultados já observados para os anos anteriores. Além disso, este trabalho apresentou uma análise de tendência para cada estação do ano, cap-tando tendências que não são observadas nas vazões anuais, mas são verificadas em determinadas épocas do ano. A investigação para as categorias extremas de vazão reforçou os resultados médios, evidenciando também tendências nas faixas de vazões extremas. Foram observadas tendências positivas significativas nas vazões anuais e nas estações do ano na Região Sul, com exceção do outono. Para o sul da Região Sudeste, também foram observadas tendências positivas signi-ficativas, com destaque para os postos de Porto Pri-mavera e Jurumirim, que apresentaram tendência de aumento das vazões anuais e em todas as estações do ano. Esses resultados vão ao encontro do que já foi ob-servado em outros estudos e podem ser decorrentes de variabilidades climáticas, tais como anomalias nega-tivas da diferença de pressão entre Tahiti e Darwin no Pacífico e períodos mais frequentes de El Niño a partir da década de 1970, e de ações antrópicas de desmata- mento e alteração do uso e cobertura do solo. Portan-to, o presente estudo indica a persistência no aumento de vazões no Sul do Brasil e sul da Região Sudeste até anos recentes.
Os aumentos dos valores da vazão no Sul e em parte do Sudeste também são observados nas vazões extremas, nas quais há aumento nos limiares de vazões muito al-tas e muito baixas no verão, no inverno e na primavera. Esses resultados indicam que os aumentos observados
nas vazões dessas regiões não se restringem apenas às vazões médias, o que pode gerar consequências impor-tantes nas regiões, tais como cheias e inundações. A Região Norte, representada pelos postos de Serra da Mesa e Tucuruí no Rio Tocantins, apresentou ten-dências negativas apenas na primavera. Enquanto na Região Nordeste foram observadas tendências descen-dentes em, pelo menos, dois dos três postos estudados em todas as estações do ano e nas médias anuais, sen-do que apenas as médias anuais e a primavera apre-sentaram tendências iguais nos três postos. Essas ten-dências negativas, em especial a jusante do posto de Sobradinho, no Rio São Francisco, também foram ob-servadas por outros autores e foram atribuídas ao uso de água pela agricultura ou ao aproveitamento energé-tico e à intensificação dos fenômenos de evaporação pela construção de barragens, bem como ao aumento das temperaturas nos últimos 30 anos na região. Foi observada também diminuição nos limiares de va-zões muito baixas no Nordeste no outono e no inverno, o que pode intensificar ainda mais conflitos já existen-tes pelo uso da água em curto e longo prazo, pois esses são os períodos de maiores vazões na Região Nordeste. As tendências negativas observadas reforçam a neces-sidade de maior diversificação da matriz energética brasileira, dada a influência sobre as vazões exercidas pelas flutuações nos padrões de chuva, via fenômenos de variabilidade climática, além dos impactos resultan-tes das projeções de mudanças climáticas, que tornam esse setor mais suscetível às alterações do clima. Em linhas gerais, o presente estudo identificou tendên-cias positivas na vazão da Região Sul do Brasil e na faixa sul do Sudeste, tendências negativas na faixa norte do Sudeste e no Nordeste e no Norte do país, com tendên-cia de intensificação dos extremos, principalmente no Sul e no Nordeste brasileiros.
AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem à Universidade Federal do ABC
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